F´ısica ısi ca 2 - Pr´ actico actico 4 Ondas Sonoras
Curso 2013 - 1er. semestre
3433 m/ m/ss, y densidad del aire 1. 1 .21 kg/m kg/m3 a menos que se den Tome como velocidad del sonido en el aire 34 otros valores. Estos valores son compatibles con una temperatura ambiente de 17 C aproximadamente. ◦
4.1. 4.1.
Ultr Ultras ason onid ido o
Para diagnosticar y examinar tumores en tejidos blandos se emplea una se˜nal nal de ultrasonido de 4.50 MHz de frecuenc frecuencia. ia. al es la longitud de onda en el aire de esa onda de sonido? al a ) ¿Cu´ velocidad dad del sonido sonido en el tejido tejido humano humano es de 150 15000 m/s, m/s, ¿cu´ ¿cu´al al es la longitud de onda de b ) Si la veloci esta onda en el tejido?
4.2. 4.2.
Frecu recuen enci cia a de corte corte
Si la longitud de onda del sonido fuera m´as as grande en un factor de alrededor de diez con relaci´on on al recorri r ecorrido do libre medio de las la s mol´ mo l´eculas, eculas , entonces ento nces las ondas de sonido so nido podr po dr´´ıan propagarse propa garse a trav´ t rav´es es de un gas. En aire a temperatura ambiente, el recorrido libre medio es de alrededor de 0.1 µm. µm. Calcule la frecuencia por encima de la cual no podr´an an propagarse ondas de sonido.
4.3. 4.3.
Marc Marcha hand ndo o
Una columna de soldados que marcha a 120 pasos por minuto se mantiene al ritmo de la m´usica usica de una banda que encabeza la columna. Se observa que los hombres que van al final dan el paso con el pie izquierdo, cuando los de la banda lo dan con el pie derecho. ¿Cu´al al es la menor longitud posible de la columna?
4.4. 4.4.
Inte Intens nsid idad ad y potenci potencia a
f uente emite ondas esf´ ericas ericas isotr´ isotr ´opicamente opicamente (es decir, con igual intensidad en todas direca ) Una fuente ciones). La intensidad de la onda a 42.5 m de la fuente es de 197 µW/m2. Hallar la potencia de salida de la fuente. onda anter anterior ior tiene tiene una frecuen frecuencia cia de 300 Hz, ¿cu´ al es la amplitud de las vibraciones del al b ) Si la onda aire causadas por este sonido? ebil? c ) Exprese la intensidad de este sonido en dB. Para el o´ıdo humano, ¿es un sonido intenso o d´ebil?
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4.5.
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Ondas en aire vs. ondas en agua
a ) Si dos ondas de sonido, una en el aire y otra en el agua, son iguales en intensidad, ¿cu´a l es la
raz´ on entre la amplitud de presi´on de la onda en el agua y la de la onda en el aire? on son iguales, ¿cu´al es la raz´on entre las intensidades b ) Si, en lugar de esto, las amplitudes de presi´ de las ondas? Observaci´ on: suponga que el agua est´ a a 20 C, y por lo tanto su densidad es de 1000 kg/m3 . ◦
4.6.
Interferencia con parlantes
Dos parlantes de un sistema est´ereo est´ an separados una distancia de 2.12 m. Suponga que la amplitud del sonido que emite cada parlante es la misma en un punto situado enfrente de uno de los parlantes, a una distancia de 3.75m. e frecuencias en la gama del espectro audible (20 Hz a 20 000 Hz) existir´ a una se˜ nal a ) ¿Para qu´ m´ınima? aximo el sonido? b ) ¿Para qu´e frecuencias es m´
4.7.
Ondas longitudinales estacionarias
Un pozo con costados verticales y agua en el fondo resuena a 7 .20 Hz y a ninguna otra frecuencia m´as baja. El aire en el pozo tiene una densidad de 1.21 Kg/m3 y un m´odulo volum´etrico de 1.41 ×105 Pa. ¿Qu´e tan profundo es el pozo?
4.8.
Instrumentos musicales
a ) Cierta cuerda de viol´ın tiene 30 cm de longitud entre sus extremos fijos, y una masa de 2.0 g. La
cuerda emite un La (440 Hz) cuando se pulsa sin digitar. ¿D´ onde deber´a ponerse el dedo para que suene una nota Do (528 Hz)? b ) Un tubo abierto de ´organo tiene una frecuencia fundamental de 291 Hz. El primer sobretono (n = 3) de un tubo cerrado de ´organo tiene la misma frecuencia que el segundo arm´onico del tubo abierto. ¿Qu´e longitud tiene cada tubo?
4.9.
Efecto Doppler
Una fuente S genera ondas circulares en la superficie de un lago. La velocidad de propagaci´on de estas ondas es de 5.5 m/s y la separaci´on entre crestas es de 2.3m . Usted est´a en un peque˜no bote movi´ endose directamente (en forma radial) hacia la fuente S , a una velocidad constante de 3.3m/s respecto a la orilla. ¿Qu´e frecuencia observa usted para las ondas?
4.10.
Pulsaciones debidas a efecto Doppler
Dos diapasones id´ enticos oscilan a 442 Hz. Una persona est´a situada en alguna parte de la l´ınea que va de uno al otro. Calcule la frecuencia de la pulsaci´on medida por este individuo si: Instituto de F´ısica
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a parado quieto y los diapasones se mueven ambos hacia la derecha con una velocidad de a ) est´ 31.3m/s an estacionarios y el oyente se mueve hacia la derecha a 31 .3m/s. b ) los diapasones est´
4.11.
Pregunta 3 - Examen Diciembre 2010
Un radar para el control de velocidad funciona a partir de la emisi´on de una onda de sonido hacia un m´ovl y mide luego el tiempo entre dos m´aximos consecutivos de la onda reflejada en el m´ovil. Se apunta a un veh´ıculo que se aleja, con un radar que emite ondas a una frecuencia f = 30 kHz y el aparato detecta estos m´aximos cada 3,8 × 10 5 s. Sabiendo que el l´ımite de velocidad permitido es 110 km/h, determine si el veh´ıculo debe ser multado. r
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4.12.
Problema 3 - Examen Febrero 2011
Los murci´elagos utilizan el eco de ondas de ultrasonido para obtener informaci´on de su entorno en ausencia de luz. Un murci´elago insect´ıvoro emite chillidos de frecuencia f = 40 kHz y percibe el eco de los mismos, al ser reflejados por una polilla. m
elago, en reposo respecto al aire, percibe que el sonido del eco es m´a s agudo que su a ) El murci´ chillido. Indique a qu´e se debe esto y deduzca una expresi´on para la frecuencia del eco percibido el murci´elago, en funci´on de las variables relevantes del problema. elago a 3 m/s, ¿qu´e frecuencia tendr´a el eco del b ) Suponga ahora que la polilla se aleja del murci´ sonido reflejado por la polilla y escuchado por el murci´elago? Suponga v´alidas las condiciones de la parte anterior: murci´ elago en reposo respecto al aire y emitiendo sonidos de frecuencia f . on de sonido del murci´ elago consta de un elemento resonanc ) Suponga que el sistema de emisi´ te(similar a un tubo con ambos extremos abiertos) que emite chillidos de 40 kHz. Si esta es la frecuencia del modo fundamental de vibraci´on, (i) ¿qu´e longitud tiene el ´ogano resonante del murci´elago? (ii) Un murci´elago m´as grande que el considerado hasta aqu´ı ¿emitir´a chillidos m´as graves o m´as agudos? m
Preguntas: P1: ¿Qu´e evidencia experimental existe para suponer que la velocidad del sonido en el aire es la misma para todas las longitudes de onda? P2: ¿Cu´al es la diferencia entre una nota de viol´ın y la misma nota emitida por la voz humana que nos permite distinguir entre una y otra? P3: ¿Cu´al es el efecto de usar un meg´afono o ahuecar las manos delante de la boca para proyectar la voz a distancia? P4: Dos buques con sirenas de vapor del mismo tono las hacen sonar en el puerto. ¿Cabe esperar que ello produzca un patr´on de interferencia con regiones de intensidad alta y baja? Si no, ¿por qu´e no?
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